基于情景分析的太湖地区水稻土有机碳模拟尺度效应研究

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本研究以太湖地区水稻土为研究对象,利用DNDC模型的情景分析功能,模拟了6个制图尺度14种情景下2002~2020年水稻土有机碳的动态演变,并将不同制图尺度下的模拟结果与数据最详细的1:5万土壤数据库模拟值进行比较,分析各情景下模拟结果的尺度效应,为我国水稻土有机碳情景分析设置中选择合适的模拟尺度提供科学依据。本研究主要的结论如下:1、2002~2020年整个太湖地区水稻土只在不施氮肥和施用氮肥0.5倍情景下为“碳源”,而在秸秆还田10%、温度升高4℃、温度升高2℃、烤田2次、不烤田、降雨增加20%、常规管理、降雨减少20%、施用氮肥1.5倍、免耕、秸秆还田50%和秸秆还田90%情景下均为“碳汇”。从不同水稻土亚类来看:漂洗型水稻土、渗育型水稻土和淹育型水稻土只在不施肥情景下为“碳源”,而在其他情景下均为“碳汇”;潜育型水稻土和脱潜型水稻土只在秸秆还田50%和秸秆还田90%情景下为“碳汇”,在其他情景下均为“碳源”;潴育型水稻土在不施氮肥和施用氮肥0.5倍情景下为“碳源”,在其他情景下均为“碳汇”。2、不同情景下太湖地区水稻土有机碳演变模拟最适宜的尺度为:从整个太湖地区来看,1:20万通常是最适宜的模拟尺度,但在免耕情景下,最适宜的模拟尺度为1:50万,氮肥管理情景下为1:20万和1:400万,在秸秆还田50%和90%情景下尺度效应不明显。从不同水稻土亚类来看,漂洗型水稻土在大多数情景下最适宜的模拟尺度为1:100万和1:400万,在氮肥管理和温度升高情景下只有1:400万;潜育型水稻土、渗育型水稻土和淹育型水稻土在所有情景下最适宜的模拟尺度分别为1:50万、1:100万和1:20万;脱潜型水稻土在大多数情景下较适宜模拟尺度是1:20万,在免耕情景下相对较适宜的模拟尺度为1:50万;潴育型水稻土在常规管理和降雨变化情景下最适宜的模拟尺度为1:20万、1:100万和1:400万,烤田情景下为1:20万和1:100万,免耕情景下为1:100万和1:400万,温度升高情景下为1:20万和1:400万,氮肥管理和秸秆还田情景下均为1:400万。3、不同情景下制图尺度对水稻土有机碳演变模拟的影响不同。从整个太湖区域水稻土来看,受制图尺度影响大小的情景排序为:秸秆还田10%>温度升高4℃>施用氮肥0.5倍>温度升高2℃>降雨增加20%>烤田2次>不烤田>常规管理>降雨减少20%>免耕>施用氮肥1.5倍>不施氮肥>秸秆还田50%>秸秆还田90%。从不同水稻土亚类来看,漂洗型水稻土和淹育型水稻土在施用氮肥0.5倍情景下受制图尺度的影响最大,在秸秆还田90%情景下受制图尺度的影响最小;潜育型水稻土在免耕情景下受制图尺度的影响最大,在秸秆还田90%情景下受制图尺度的影响最小;渗育型水稻土在施用氮肥0.5倍情景下受制图尺度的影响最大,在秸秆还田50%情景下受制图尺度的影响最小;脱潜型水稻土在免耕情景下受制图尺度的影响最大,在不施氮肥情景下受制图尺度的影响最小;潴育型水稻土在秸秆还田10%情景下受制图尺度的影响最大,在秸秆还田90%情景下受制图尺度影响最小。不同情景下水稻土演变模拟的尺度效应除了跟初始土壤属性有关,还跟土壤有机碳在不同情景下的变化量有关,不同情景导致的水稻土有机碳变化越快,制图尺度造成的初始土壤有机碳的差异对模拟结果的影响就越小。4、影响太湖地区水稻土有机碳动态变化的因素包含初始土壤有机碳、粘粒含量、容重和pH,其中对土壤有机碳变化影响最大的因素是初始土壤有机碳含量。在6个制图尺度下土壤初始有机碳含量与太湖地区水稻土年均dSOC均呈较强的负相关,在1:5万~1:1400万数据库下初始土壤有机碳含量能够分别解释年均dSOC变异的67.7%~74.8%、67.1%~72.6%、77.7%~83.9%、77.3%~84.3%、74.0%~81.3%和80.8%~90.4%。初始土壤粘粒含量、土壤容重和pH对土壤有机碳变化的影响较小,且不稳定。
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